DE3202460A1 - CONNECTION SYSTEM FOR FLUID DRIVES FOR A MANIPULATOR - Google Patents
CONNECTION SYSTEM FOR FLUID DRIVES FOR A MANIPULATORInfo
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Description
Case 8107FCase 8107F
20. Januar 1982
Re/höJanuary 20, 1982
Re / Hö
Anmelderin: Cincinnati Milacron Inc., 4701 Marburg Avenue, Cincinnati, Ohio 45209, USAApplicant: Cincinnati Milacron Inc., 4701 Marburg Avenue, Cincinnati, Ohio 45209, USA
Anschlußsystem für fluiden Antrieb für einen ManipulatorConnection system for fluid drive for a manipulator
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Die Erfindung betrifft insbesondere roboterartige Manipulatoren, die typischerweise mindestens einen Armteil und einen endsei^ tigen Effektor umfassen, der relativ zum Arm bewegbar ist, wobei der endseitige Effektor ein Werkzeug trägt, beispielsweise einen Teilegreifer. Meistens ist es notwendig, dem Werkzeug Antriebskraft von einem Unterteil der Maschine zuzuführen, wobei es sich bei der Antriebskraft häufig um ein unter Druck stehendes Fluid handelt. In einer typischen Anordnung nach dem Stand der Technik wird das Fluid von dem Basisglied zu dem Werkzeug am endseitigen Effektor über fluidführende Schläuche geleitet, die entlang der Einrichtung geführt sind und mit einem Durchhang versehen sind, um eine relative Bewegung zwischen dem Werkzeug und der Basis zu erlauben. Bei Manipulatoren jedoch mit vielen individuellen oder zusammengesetzten Bewegungen von einander zugeordneten Teilen ist es möglich, daß die Schläuche die Bewegung des Werkzeugs behindern und auch die Schläuche selbst können durch Abflachung oder Reibung an Maschinenteilen beschädigt werden, wenn der Arm betätigt wird.The invention particularly relates to robot-like manipulators, which typically have at least one arm portion and one endsei ^ term effector, which is movable relative to the arm, wherein the end effector carries a tool, for example a parts gripper. Most of the time it is necessary to supply drive power to the tool from a lower part of the machine, whereby the driving force is often a pressurized fluid. In a typical arrangement according to the state In technology, the fluid is conducted from the base member to the tool at the end effector via fluid-carrying hoses, which are guided along the device and provided with a slack for relative movement between the tool and allow the base. With manipulators, however, with many individual or compound movements from each other associated parts, it is possible that the hoses hinder the movement of the tool and also the hoses themselves can be damaged by flattening or rubbing against machine parts when the arm is operated.
Durch die Anmeldung werden viele der in Schlauchanordnungen gemäß dem Stand der Technik innewohnenden Schwierigkeiten durch Schaffung einer Anordnung, die die Verwendung von externen Schläuchen an einem Manipulatorarm auf ein Minimum reduziert, vermieden.The application overcomes many of the difficulties inherent in prior art hose assemblies Creating an arrangement that minimizes the use of external tubing on a manipulator arm, avoided.
Die Erfindung ist im Zusammenhang mit einem roboterartigen Manipulator gezeigt, der einen endseitigen Effektor aufweist, der relativ zu einer Bezugsbasis wie beispielsweise einem Gelenkausleger oder einem Ladebaum bewegbar ist. Ein Mehrachsengelenksystem verbindet die Basis mit dem endseitigen Effektor und der Gelenkantrieb ist innerhalb eines Gehäuses untergebracht. Ein verbesserter Apparat zum Weiterleiten von fluider Antriebskraft von der Basis zum endseitigen Effektor umfaßt eine Vielzahl von seriellen Fluidleitungen von der Basis zum endseitigen Effektor einschließlich einer innerhalb des Gelenkgehäuses ausgebildeten Kammer. Das Gelenkgehäuse sorgt für eine Fluidverbindung zwischen den Antriebskomponenten, wenn der Roboterarm betätigt wird. Es sind an den Antriebskomponenten und dem Gelenkgehäuse Dichtmittel vorgesehen, um innerhalb des Systems den variablen Betätigungsdruck aufrechterhalten zu können. The invention is shown in connection with a robot-like manipulator which has an end effector, which is movable relative to a reference base such as an articulated boom or a loading boom. A multi-axis joint system connects the base with the end effector and the joint drive is housed within a housing. A Improved apparatus for conveying fluid motive force from the base to the end effector includes a plurality of serial fluid lines from the base to the end effector including one formed within the joint housing Chamber. The joint housing provides a fluid connection between the drive components when the robot arm is actuated. It Sealing means are provided on the drive components and the joint housing in order to be able to maintain the variable actuation pressure within the system.
In der Zeichnung zeigen:In the drawing show:
Fig. 1 Eine Seitenansicht eines gelenkig drehbaren Manipulators undFig. 1 is a side view of an articulated rotatable manipulator and
Fig. 2 einen Schnitt durch das rechte Ende des Manipulators gemäß Fig. 1.FIG. 2 shows a section through the right end of the manipulator according to FIG. 1.
Bezugnehmend auf die Zeichnung zeigt Fig. 1 einen gelenkig drehbaren Manipulator 10, wie er im US-Patent 4 068 536 beschrieben ist, mit der Möglichkeit von Drehbewegungen in Pfeilrichtung von drei individuellen Elementen: Äußeres Gelenkrohr 11, Gehäuse 12 und endseitiger Effektor 13. Das äußere Gelenkrohr umfaßt eineReferring to the drawing, Fig. 1 shows an articulated rotatable Manipulator 10, as described in US Pat. No. 4,068,536, with the possibility of rotating movements in the direction of the arrow of three individual elements: outer hinge tube 11, housing 12 and end effector 13. The outer hinge tube comprises one
Referenzbasis für den relativ hierzu beweglichen endseitigen Effektor 13. Der Manipulator 10 ist mit einem Werkzeug ausgerüstet, beispielsweise mit einer am endseitigen Effektor 13 angeordneten Greifeinrichtung 14, um ein (nicht dargestelltes) Werkstück zu greifen, jedoch kann das Werkzeug von jeder beliebigen bekannten Art sein, wie sie in Manipulator-Vorrichtungen Verwendung finden. Innerhalb des Basisteils 15 des Manipulatorarms 16 sind eine Vielzahl von koaxialen Antriebswellen vorgesehen, bezüglich Details der koaxialen Antriebsvorrichtung wird auf das obengenannte Patent verwiesen. Die zentrale Antriebswelle 17, welche dem vorgenannten Patent ebenfalls entnommen werden kann, ist mit einer koaxialen Leitung oder Bohrung 18 versehen, und eine konventionelle Drehverbindung 19 ist gewindemäßig im linken Ende des Arms 16 aufgenommen. Der mit einem Gewinde versehene zentrale Abschnitt 19a der Drehverbindung 19 ist so ausgebildet, daß er relativ zum äußeren Gehäuse 19b drehbar ist, wobei das äußere Gehäuse 19b durch einen Schlauch 20 über ein Steuerventil 21 mit einer Fluid-Quelle verbunden ist» Solche Drehverbindungen zum Obermitteln von fluidem Antriebsmedium zu einer rotierenden Welle sind als solche bekannt und aus vielen Quellen kommerziell erhältlich, so daß Einzelheiten der Drehverbindung in dieser Beschreibung nicht dargelegt werden.Reference base for the end effector 13 that is movable relative thereto. The manipulator 10 is equipped with a tool, for example with a gripping device 14 arranged on the end effector 13 in order to obtain a (not shown) To grip the workpiece, however, the tool can be of any known type, such as those used in manipulator devices Find use. A plurality of coaxial drive shafts are provided within the base part 15 of the manipulator arm 16, for details of the coaxial drive device, reference is made to the aforementioned patent. The central drive shaft 17, which can also be found in the aforementioned patent, has a coaxial line or bore 18 and a conventional rotary joint 19 is threaded added in the left end of the arm 16. The threaded central portion 19a of the rotary joint 19 is designed so that it is rotatable relative to the outer housing 19b, the outer housing 19b by a hose 20 over a control valve 21 is connected to a fluid source »Such Rotary connections for conveying fluid drive medium to a rotating shaft are known as such and are commercially available from many sources, so details of the rotary joint are not set out in this description.
Der in Fig. 2 dargestellte Schnitt zeigt das rechte Ende der Vorrichtung nach Fig. 1, wobei der relat-iv drehbare endseitige Effektor 13 am Gehäuse 22 der Greifeinrichtung 14 durch Schrauben 23 befestigt ist und eine Fluid-Dichtung 24 zwischen dem Effektor 13 und dem Gehäuse 22 vorgesehen ist. Die Greifeinrichtung 14 weist einen zentralen Kolben 25 auf, welcher durch das fluide Medium nach rechts getrieben wird und durch eine Vorspannfeder 26 in die entgegengesetzte Richtung getrieben wird, um die Greiferfinger 27 über einen Gelenkmechanismus zu schließen, welcher an sich bekannt ist und beispielsweise im US-Patent 4 185 866 näher beschrieben ist. Durch die Zylinderabschlußkappe 29 ist eine Bohrung vorgesehen, so daß ein fluides Medium den linken Zylinderabschnitt 30 des Greifergehäuses 22 betreten und ver-The section shown in FIG. 2 shows the right end of the device according to FIG. 1, with the relatively rotatable end Effector 13 is attached to the housing 22 of the gripping device 14 by screws 23 and a fluid seal 24 between the effector 13 and the housing 22 is provided. The gripping device 14 has a central piston 25, which by the fluid Medium is urged to the right and is urged by a bias spring 26 in the opposite direction to the gripper fingers 27 via a hinge mechanism which is known per se and, for example, in US Pat. No. 4,185,866 is described in more detail. Through the cylinder end cap 29 is a bore is provided so that a fluid medium can enter the left cylinder section 30 of the gripper housing 22 and
lassen kann. Die Welle 31 des endseitigen Effektors ist im Gelenkgehäuse 12 drehbar angeordnet, und das Gehäuse ist durch geteilte, relativ zueinander drehbare Abschnitte 11a, 12a gebildet, um die drehbare Anlenkung der Vorrichtung zu bewerkstelligen. Im Falle der gezeigten Ausführungsform ist der Gehäuseabschnitt 11a integral mit dem äußeren Gelenkrohr 11 ausgebildet. Die zentrale Antriebswelle 17 erstreckt sich in den inneren Kammerabschnitt, d.h. in die Kammer 32, die durch die zusammengefügten Gehäuseabschnitte 11a, 12a gebildet wird. Die Kegelgetriebeanordnung, die in ausgezogenen und gestrichelten Linien dargestellt ist, bewerkstelligt die Drehbewegungen gemäß Fig. 1, entweder aufeinanderfolgend oder gleichzeitig. Die durch die zentrale Antriebswelle 17 führende zentrale Leitung 33 erstreckt sich durch das Ende 34 der Antriebswelle 17 und steht in fluider Verbindung mit der innerhalb des Gehäuses 12 gebildeten Kammer 32. Eine zweite Leitung 35 ist durch die Antriebswelle 34 des endseitigen Effektors hindurch ausgebildet und steht ebenfalls in fluider Verbindung mit der Kammer 32. Um die koaxialen Antriebswellen 11, 17 und 39 des Manipulators 10 und um den endseitigen Effektor 13 herum sind Dichtungen 36, 37 und 38 vorgesehen, so daß die ersteren gegenüber dem Gehäuse abgedichtet sind. Die Gehäuseabschnitte 11a, 12a sind ebenfalls mit einer Dichtung 40 versehen, um den Fluiddruck innerhalb der Kammer aufrechtzuerhalten, wenn die Gehäuseabschnitte 11a, 12a gegeneinander bewegt werden. Wie hieraus deutlich wird, kann daher ein unter Druck stehendes Fluid, wie beispielsweise Luft, durch die zentrale Antriebswelle 17, die Kammer 32 und den endseitigen Effektor 13 hindurchgebracht werden, um eine üffnungsbewegung der Greiferfinger 27 der Greifereinrichtung 14 zur gewünschten Zeit zu bewirken. Indem es dem fluidem Medium ermöglicht wird, durch das Steuerventil 21, bei welchem es sich um ein Solenoidbetriebenes Luftventil handelt, abzuströmen, treibt die Vorspannfeder 26 den Kolben 25 nach links, wodurch ein Nachlassen des Luftdruckes bewirkt wird und sich folglich die Greiferfinger 27 festklammern.can leave. The shaft 31 of the end effector is rotatably disposed in the joint housing 12, and the housing is through divided, relatively rotatable portions 11a, 12a formed to accomplish the rotatable articulation of the device. In the case of the embodiment shown, the housing section is 11a is formed integrally with the outer joint tube 11. The central drive shaft 17 extends into the inner chamber section, i.e. into the chamber 32 which is formed by the assembled housing sections 11a, 12a. the Bevel gear assembly shown in solid and dashed lines is shown, accomplishes the rotary movements according to FIG. 1, either sequentially or simultaneously. The central line 33 leading through the central drive shaft 17 extends extends through the end 34 of the drive shaft 17 and is in fluid communication with the chamber formed within the housing 12 32. A second line 35 is formed through the drive shaft 34 of the end effector and also stands in fluid communication with the chamber 32. Around the coaxial drive shafts 11, 17 and 39 of the manipulator 10 and around the end Around the effector 13 there are seals 36, 37 and 38 so that the former is sealed against the housing are. The housing sections 11a, 12a are also provided with a seal 40 to reduce the fluid pressure within the chamber to be maintained when the housing sections 11a, 12a against each other be moved. As is clear from this, a fluid under pressure, such as air, can therefore pass through the central drive shaft 17, the chamber 32 and the end effector 13 are brought through to an opening movement the gripper finger 27 of the gripper device 14 to the desired Time to effect. By allowing the fluid medium to pass through the control valve 21, which is solenoid operated Air valve acts to vent, the bias spring 26 drives the piston 25 to the left, causing a slackening of the air pressure and consequently the gripper fingers 27 cling.
Während für den Fall, daß das äußere Gelenkrohr 11 kontinuierlich drehbar ist, das fluide Medium in die Kammer 32 durch die zentrale Antriebswelle 17 geführt werden kann, kann für den Fall, daß die Bewegung des äußeren Gelenkrohres mehr begrenzt ist, das fluide Medium wahlweise in die Gehäusekammer unter Verwendung einer externen Schlauchanordnung 41 geführt werden und hierbei auf die zentrale Leitung 33 und die Drehverbindung 19 verzichtet werden. Ähnlich kann für den Fall, daß die Bewegung des endseitigen Effektors begrenzt ist, das fluide Medium von der Gehäusekammer zum Werkzeug unter Verwendung einer externen Schlaucheinrichtung 42 geführt werden.While in the event that the outer joint tube 11 is continuously rotatable, the fluid medium into the chamber 32 through the central drive shaft 17 can be guided, in the event that the movement of the outer joint tube is more limited is, the fluid medium can optionally be fed into the housing chamber using an external hose arrangement 41 and in this case the central line 33 and the rotary joint 19 are dispensed with. Similarly, in the event that the movement of the end effector is limited, using the fluid medium from the housing chamber to the tool an external hose device 42 are guided.
Es sollte in diesem Zusammenhang festgestellt werden, daß die an dem endseitigen Effektor verwendeten Werkzeuge nicht auf Greifer und auch nicht auf Kolben-angetriebene Geräte beschränkt sind. Beispielsweise kann ein Membran-Betätigungsorgan eines Druckschalters mit Fluiddruck getriggert werden; ein direkter Strahl von unter Druck stehendem fluidem Medium von der Vorrichtung kann bei einer Arbeitsstation Verwendung finden.It should be noted in this connection that the tools used on the end effector do not Grippers and also not limited to piston-powered devices. For example, a diaphragm actuator can be a Pressure switch to be triggered with fluid pressure; a direct jet of pressurized fluid medium from the device can be used at a workstation.
Während im Zusammenhang mit der Vorrichtung ausgeführt wurde, daß üblicherweise zum Betätigen des Kolbens ein positiver Druck Verwendung findet, ist es darüberhinaus auch möglich, daß negative Drücke, d.h. ein Vakuum, verwendet werden, um ein kolbenartiges Element oder ein Diaphragma in eine gewünschte Richtung zu ziehen. Eine Kombination von positivem und negativem Druck kann Verwendung finden, um die gewünschte Bewegung zu bewerkstelligen. So würde im Falle des hier gezeigten Ausführungsbei-Spieles ein am linken Ende des Kolbens angreifender negativer Druck als Hilfe für den Federdruck, der auf die Finger im Betriebszustand des Festkrallens einwirkt, wirken.While it has been stated in connection with the device that a positive pressure is usually used to actuate the piston Is used, it is also possible that negative pressures, i.e. a vacuum, are used to create a piston-like To pull the element or a diaphragm in a desired direction. A combination of positive and negative pressure can be used to accomplish the desired movement. So in the case of the example game shown here a negative pressure acting on the left end of the piston as an aid to the spring pressure on the fingers in the operating state of clawing acts, act.
Während der beschriebene gelenkige Manipulator aus einem komplexen Mechanismus besteht, der es ermöglicht, die unterschied-While the articulated manipulator described from a complex Mechanism that enables the different
lichen Komponenten mit vielfachen Rollbewegungen zu versehen, können auch einfachere Mechanismen Verwendung finden, die anstelle der in Fig. 1 dargestellten drei Drehachsen nur zwei Drehachsen aufweisen, und es können andere Arten von gelenkigen Systemen Verwendung finden, die keine schrägliegenden Antriebswellen aufweisen, wie beispielsweise der Manipulator gemäß US-Patent 4 068 536, sondern die vielmehr innerhalb des Gelenkgehäuses rechtwinkelig angeordnete Antriebswellen aufweisen. Jedes ähnliche Gehäuse,welches die Gelenkelemente eines Manipulators enthält, kann ersichtlich dazu geeignet sein, im Sinne der vorliegenden Erfindung ausgestaltet zu werden.to provide components with multiple rolling movements, Simpler mechanisms can also be used, which instead of the three axes of rotation shown in FIG. 1 only have two axes of rotation, and other types of articulating systems other than inclined ones may be used Have drive shafts, such as the manipulator of U.S. Patent 4,068,536, but rather those within of the joint housing have drive shafts arranged at right angles. Any similar housing containing the hinge elements contains a manipulator, can obviously be suitable for the purpose of the present invention to become.
Während die Erfindung im Zusammenhang mit einem speziellen Ausführungsbeispiel dargestellt wurde, soll hierdurch die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel begrenzt werden. Die Erfindung umfaßt vielmehr auch all diejenigen Ausführungsformen und Abänderungen, die sich aus dem Inhalt der Patentansprüche ergeben.While the invention has been illustrated in connection with a specific embodiment, this is intended to Invention should not be limited to this embodiment. Rather, the invention also includes all those embodiments and modifications that emerge from the content of the patent claims result.
Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.All from the description, claims and drawings emerging features and advantages of the invention, including structural details and spatial arrangements, can be essential to the invention both individually and in any combination be.
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